CN115077874A - 蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置及方法，涉及蓝相液晶技术领域，包括：激光器、第一偏振片、1/4波片、第二偏振片、光电探测器、电场产生装置和数据处理模块；第一偏振片、1/4波片、蓝相液晶样品器件、第二偏振片和光电探测器依次设置在激光器发出光束的光路上；电场产生装置为蓝相液晶样品器件产生预设场强的电场，且电场方向垂直于蓝相液晶器件的基板平面和1/4波片；光电探测器采集激光器发出光束的光路上的光强信息；数据处理模块对光电探测器采集的零场下的透射光谱的光强值，以及电场下的透射光谱的光强值进行处理，得到蓝相液晶在电场法向的场致双折射率。本申请能够实现蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量。

Description

蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置及方法

技术领域

本申请涉及蓝相液晶技术领域，尤其是涉及蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置及方法。

背景技术

蓝相液晶作为一种重要的电光材料，蓝相液晶器件的工作原理是基于电场诱导的双折射率变化。近年来的研究逐渐表明，在沿着蓝相单晶的不同晶轴施加电场时，所诱导的双折射率变化不同；另一方面，由于蓝相液晶在电场中会发生三维方向的晶格常数变化，从而导致在沿晶格的三个正交方向上的主折射率和介电张量均不相等，且在电场法向存在分量。因此，蓝相液晶在电场中的电光特性不能再用统一的场致双折射率表示，深入表征蓝相液晶的电光特性，需要测量蓝相液晶在相对于电场的不同方向上的双折射率变化。

目前对于蓝相液晶电光特性的表征主要集中在沿电场方向的场致双折射率变化，对于蓝相液晶在电场法向的场致双折射率，多采用理论推算，还没有实际的测量装置和方法。因此，亟待提出一种能够精确地测量蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的装置和方法。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置及方法，以解决上述技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置，包括：激光器、第一偏振片、1/4波片、第二偏振片、光电探测器、电场产生装置和数据处理模块；第一偏振片、1/4波片、蓝相液晶样品器件、第二偏振片和光电探测器依次设置在激光器发出光束的光路上；第一偏振片和第二偏振片正交放置，1/4波片的光轴和第一偏振片的偏振化方向的夹角为45度；1/4波片的光轴和第二偏振片的偏振化方向的夹角为45度；所述蓝相液晶样品器件包括：第一基板、第二基板以及夹在两个基板间的蓝相液晶样品；所述1/4波片与蓝相液晶样品器件平行放置；

所述电场产生装置，用于为蓝相液晶样品器件产生预设场强的电场，且电场方向垂直于蓝相液晶器件的基板平面和1/4波片；

所述光电探测器，用于采集激光器发出光束的光路上的光强信息；

所述数据处理模块，用于对光电探测器采集的零场下的透射光谱的光强值，以及电场下的透射光谱的光强值进行处理，得到蓝相液晶在电场法向的场致双折射率。

进一步，所述第一偏振片为起偏器；所述第二偏振片为检偏器。

进一步，所述电场产生装置包括信号发生器和电压放大器；所述电压放大器的输出端分别与第一基板和第二基板连接；所述信号发生器，用于产生特定波形的电信号；所述电压放大器，用于将电信号放大至预设场强值，输出至蓝相液晶样品器件。

进一步，所述数据处理模块具体用于：

获取光电探测器采集的零场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ₀；

获取光电探测器采集的电场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ；

计算蓝相液晶样品在电场法向的场致双折射率Δn：

其中，d为蓝相液晶样品在第一基板和第二基板之间的厚度。

第二方面，本申请实施例提供了一种蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量方法，应用于本申请实施例的蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置，所述测量方法包括：

所述光电探测器采集蓝相液晶样品在零场下的透射光谱的光强值，发送至数据处理模块；

打开电场产生装置，使电场产生装置产生垂直于蓝相液晶样品器件基板平面的预设场强的电场；

所述光电探测器采集蓝相液晶样品在电场下的透射光谱的光强值，发送至数据处理模块；

所述数据处理模块对蓝相液晶样品在零场下的透射光谱的光强值，以及在电场下的透射光谱的光强值进行处理，得到蓝相液晶在电场法向的场致双折射率。

进一步，所述方法还包括：打开激光器，调整第一偏振片、1/4波片、蓝相液晶样品器件、第二偏振片和光电探测器的位置，使第一偏振片、1/4波片、蓝相液晶样品器件、第二偏振片和光电探测器均在激光器发出光束的光路上。

进一步，其特征在于，所述数据处理模块对零场下的透射光谱以及电场下的透射光谱的数据进行处理，计算得到蓝相液晶在电场法向的场致双折射率；包括：

获取光电探测器采集的零场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ₀；

获取光电探测器采集的电场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ；

计算蓝相液晶样品在电场法向的场致双折射率Δn：

其中，d为蓝相液晶样品在第一基板和第二基板之间的厚度。

本申请能够实现蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的准确测量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置示意图；

图2为本申请实施例提供的一种蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量方法流程图；

图3为本申请实施例提供的透射光谱的光强值的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

首先对本申请实施例的设计思想进行简单介绍。

目前对于蓝相液晶电光特性的表征主要集中在沿电场方向的场致双折射率变化，对于蓝相液晶在电场法向的场致双折射率，多采用理论推算，还没有实际的测量装置和方法。因此，亟待提出一种能够精确地测量蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的装置和方法。

为解决上述技术问题，本申请提出了一种蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置及方法，通过获取零场下的透射光谱的光强值，以及电场下的透射光谱的光强值，计算得到蓝相液晶在电场法向的场致双折射率。本申请能够实现蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量，为全面表征蓝相液晶的电光特性提供重要的测试手段，这对于开发新型蓝相器件、改善已有蓝相器件的电光性能具有重要的参考价值。本申请的装置简单且成本较低；本申请的方法简便且准确度高。

在介绍了本申请实施例的应用场景和设计思想之后，下面对本申请实施例提供的技术方案进行说明。

如图1所示，本申请实施例提供了一种蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置，包括：激光器101、第一偏振片102(起偏器)、1/4波片103、第二偏振片105(检偏器)、光电探测器106、电场产生装置(图中未示出)和设置在电子设备上的数据处理模块(图中未示出)。

其中，激光器101的作用为光源，优选地，激光器101为He-Ne激光器；第一偏振片102、1/4波片103、蓝相液晶样品器件104、第二偏振片105和光电探测器106依次设置在激光器101发出光束的光路上；两个偏振片正交放置，分别作为起偏器与检偏器；在起偏器与检偏器之间放置一个1/4波片，其光轴与两个偏振片的偏振化方向呈45度角；所述蓝相液晶样品器件104包括：第一基板、第二基板以及夹在两个基板间的蓝相液晶样品；所述1/4波片103与蓝相液晶样品器件104平行放置。其中，两个基板的材料为玻璃。

所述电场产生装置，用于为蓝相液晶样品器件产生预设场强的电场，且电场方向垂直于蓝相液晶器件的基板平面；

具体地，所述电场产生装置包括信号发生器和电压放大器；所述电压放大器的输出端分别与第一基板和第二基板连接；所述信号发生器，用于产生特定波形的电信号；所述电压放大器，用于将电信号放大至预设场强值，输出至蓝相液晶样品器件。

光电探测器106用于采集整个装置的光强信息。

所述数据处理模块，用于对光电探测器采集的零场下的透射光谱的光强值，以及电场下的透射光谱的光强值进行处理，得到蓝相液晶在电场法向的场致双折射率。具体用于：

获取光电探测器采集的零场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ₀；

获取光电探测器采集的电场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ；

用公式(1)计算蓝相液晶样品在电场法向的场致双折射率Δn：

式(1)中，d为蓝相液晶样品在第一基板和第二基板之间的厚度。

如图1所示，1/4波片103的光轴(快轴或慢轴)与两个偏振片均成45度角；所述电场产生装置产生的电场垂直于蓝相液晶样品器件的基板平面；蓝相液晶样品器件104与1/4波片103平行放置，以使电场方向垂直于1/4波片103，以补偿蓝相液晶样品在电场法向的相位延迟。

基于上述实施例的装置，本申请实施例提供了一种蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量方法，该方法的测量原理为：

在该测量装置中，光的总相位延迟来自1/4波片和蓝相液晶样品器件两部分，因此通过装置的输出光强度遵循公式(2)：

式(2)中，λ为光波长，I(λ)为波长λ的输出光强，d为蓝相样品器件的厚度，Δn_λ为折射率。其中由1/4波片产生的光程差为Δs_RP，由蓝相样品产生的光程差为(Δn_λd)_BP。

在没有外加电场时，蓝相液晶为各向同性态，因此不存在双折射，(Δn_λd)_BP＝0，此时系统的总光程差仅来自于1/4波片，即λ₀＝Δs_RP，此数值可以通过测试在没有外加电场时的透射光谱并进一步分析光谱数据获得；在有外加电场时，蓝相液晶场致双折射的变化使透射光谱发生偏移，并在某波长λ时达到光强的最小值，此时λ₀+(Δn_λd)_BP＝λ。因此，波长λ与1/4波片的光程差λ₀的差值即为蓝相液晶在电场中产生的光程差(Δn_λd)_BP，再除以样品厚度d即可得到该电场强度下蓝相液晶在电场法向的场致双折射率Δn_λ。

如图2所示，本申请实施例的一种蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量方法，包括如下步骤：

步骤201：光电探测器采集蓝相液晶样品在零场下的透射光谱的光强值，发送至数据处理模块；

在该步骤之前，首先打开激光器，对激光器发出光束的光路进行校正：调整第一偏振片、1/4波片、蓝相液晶样品器件、第二偏振片和光电探测器的位置，使第一偏振片、1/4波片、蓝相液晶样品器件、第二偏振片和光电探测器均在激光器发出光束的光路上。

步骤202：打开电场产生装置，使电场产生装置产生垂直于蓝相液晶样品器件的预设场强的电场；

步骤203：光电探测器采集蓝相液晶样品在电场下的透射光谱的光强值，发送至数据处理模块；

步骤204：数据处理模块对零场下的透射光谱以及电场下的透射光谱的数据进行处理，计算得到蓝相液晶在电场法向的场致双折射率。

在本实施例中，该步骤包括：

获取光电探测器采集的零场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ₀；

获取光电探测器采集的电场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ；

利用公式(1)计算蓝相液晶样品在电场法向的场致双折射率Δn：

图3为厚度d＝6.8μm的蓝相液晶样品分别在零场E＝0V/μm和电场E＝1.0V/μm下测得的透射光谱。通过数据处理模块计算得到：E＝0V/μm时，透射光谱在λ₀＝538.51nm处达到光强最小值；E＝1.0V/μm时，透射光谱在波长λ＝537.35nm处达到光强最小值。因此，可以计算出该样品在E＝1.0V/μm下于电场法向产生的场致双折射率Δn为：

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置，其特征在于，包括：激光器、第一偏振片、1/4波片、第二偏振片、光电探测器、电场产生装置和数据处理模块；第一偏振片、1/4波片、蓝相液晶样品器件、第二偏振片和光电探测器依次设置在激光器发出光束的光路上；第一偏振片和第二偏振片正交放置，1/4波片的光轴和第一偏振片的偏振化方向的夹角为45度；1/4波片的光轴和第二偏振片的偏振化方向的夹角为45度；所述蓝相液晶样品器件包括：第一基板、第二基板以及夹在两个基板间的蓝相液晶样品；所述1/4波片与蓝相液晶样品器件平行放置；

所述电场产生装置，用于为蓝相液晶样品器件产生预设场强的电场，且电场方向垂直于蓝相液晶器件的基板平面和1/4波片；

所述光电探测器，用于采集激光器发出光束的光路上的光强信息；

所述数据处理模块，用于对光电探测器采集的零场下的透射光谱的光强值，以及电场下的透射光谱的光强值进行处理，得到蓝相液晶在电场法向的场致双折射率。

2.根据权利要求1所述的蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置，其特征在于，所述第一偏振片为起偏器；所述第二偏振片为检偏器。

3.根据权利要求1所述的蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置，其特征在于，所述电场产生装置包括信号发生器和电压放大器；所述电压放大器的输出端分别与第一基板和第二基板连接；所述信号发生器，用于产生特定波形的电信号；所述电压放大器，用于将电信号放大至预设场强值，输出至蓝相液晶样品器件。

4.根据权利要求1所述的蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置，其特征在于，所述数据处理模块具体用于：

获取光电探测器采集的零场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ₀；

获取光电探测器采集的电场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ；

计算蓝相液晶样品在电场法向的场致双折射率Δn：

其中，d为蓝相液晶样品在第一基板和第二基板之间的厚度。

5.一种蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量方法，其特征在于，应用权利要求1-4任一项所述的蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量装置，所述测量方法包括：

所述光电探测器采集蓝相液晶样品在零场下的透射光谱的光强值，发送至数据处理模块；

打开电场产生装置，使电场产生装置产生垂直于蓝相液晶样品器件基板平面的预设场强的电场；

所述光电探测器采集蓝相液晶样品在电场下的透射光谱的光强值，发送至数据处理模块；

所述数据处理模块对蓝相液晶样品在零场下的透射光谱的光强值，以及在电场下的透射光谱的光强值进行处理，得到蓝相液晶在电场法向的场致双折射率。

6.根据权利要求5所述的蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量方法，其特征在于，所述方法还包括：打开激光器，调整第一偏振片、1/4波片、蓝相液晶样品器件、第二偏振片和光电探测器的位置，使第一偏振片、1/4波片、蓝相液晶样品器件、第二偏振片和光电探测器均在激光器发出光束的光路上。

7.根据权利要求5所述的蓝相液晶在电场法向的场致双折射率的测量方法，其特征在于，所述数据处理模块对蓝相液晶样品在零场下的透射光谱的光强值，以及在电场下的透射光谱的光强值进行处理，得到蓝相液晶在电场法向的场致双折射率；包括：

获取光电探测器采集的零场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ₀；

获取光电探测器采集的电场下的透射光谱中最小光强值对应的波长λ；

计算蓝相液晶样品在电场法向的场致双折射率Δn：

其中，d为蓝相液晶样品在第一基板和第二基板之间的厚度。

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